Biogasanlage
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Eine Biogasanlage dient zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse. Als Nebenprodukt wird Dünger produziert. In vielen Fällen wird das entstandene Gas zur Strom-, und Wärmeerzeugung im angeschlossenen Kraftwerk genutzt. In diesem Fall spricht man von einem Biogaskraftwerk.
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[Bearbeiten] Funktionsweise
Es werden verschiedene Rohstoffe, z.B. Bioabfall, Gülle, Klärschlamm, Fette oder Pflanzen in einen luftdicht verschlossenen Fermenter eingebracht. Dort entsteht durch anaerobe Gär- oder Fäulnisprozesse das Biogas, das je nach Ausgangsstoff aus 40-75 % Methan, 25-55 % Kohlendioxid, bis zu 10 % Wasserdampf sowie darüber hinaus aus geringen Anteilen Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Ammoniak und Schwefelwasserstoff besteht.
Derzeit wird Biogas vor allem zur dezentralen gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung in Blockheizkraftwerken genutzt (Kraft-Wärme-Kopplung). Dazu wird das Gasgemisch getrocknet (der Wasseranteil im Biogas wird reduziert), durch Einblasen einer kleinen Menge Frischluft entschwefelt und dann einem Verbrennungsmotor zugeführt, der einen Generator antreibt. Der so produzierte Strom wird ins Netz eingespeist. Die im Abgas und Motorkühlwasser enthaltene Wärme wird in Wärmeübertragern zurückgewonnen. Ein Teil der Wärme wird benötigt, um die Fermenter zu beheizen. Die in Frage kommenden Bakterienstämme, die die Biomasse abbauen, arbeiten am besten in einem Temperaturbereich von entweder 37 (mesophil) oder 55 °C (thermophil). Überschüssige Wärme des Motors kann zur Beheizung von Gebäuden oder zum Trocknen der Ernte (Getreide) verwendet werden. Besonders effektiv arbeitet die Anlage, wenn die überschüssige Wärme ganzjährig genutzt wird.
Das genaue Zusammenspiel der Mikroorganismen ist nur unzureichend bekannt, so ist es schwierig Steuerungsparameter für einen geregelten und auf maximale Methanausbeute ausgelegten Ablauf zu finden (meist beruhen diese auf Erfahrung). Forschungsprojekte zur verbesserten Erklärung des Ablaufs und der Charakterisierung der mikrobiologischen Populationen bzw. Gemeinschaften werden weitere Erkenntnisse über die Einzelheiten der Prozesse erarbeiten.
Zur Aufrechterhaltung des Faulprozesses wird bei niedrigen Substratkonzentrationen und damit großen Wassermengen etwa die Hälfte der Abwärme aus der Stromproduktion mit Biogas zur Aufrechterhaltung der Temperatur der Biogasanlage benötigt. Trockenfermentationen, die feste, stapelbare Substrate ohne Wasserzugabe verarbeiten, benötigen maximal 10 % der produzierten Wärme. Die verbleibende Wärme kann für andere Heizzwecke verwendet werden. Für den Gesamtwirkungsgrad einer solchen Anlage ist daher die optimale Nutzung der Abwärme und eine Temperaturregelung im Prozess entscheidend.
In mehreren Projekten wird das Biogas inzwischen aufbereitet und ins Erdgasnetz eingespeist. Damit werden Biogasanlagen auch an Standorten ohne Wärmeabnehmer sinnvoll. Aufbereitetes Biogas kann ebenso als Treibstoff für gasbetriebene Fahrzeuge eingesetzt werden.
Die vergorenen Rohstoffe werden als landwirtschaftliche Düngemittel verwendet. Sie sind chemisch weit weniger aggressiv als Rohgülle, die Stickstoffverfügbarkeit ist besser und der Geruch weniger intensiv.
[Bearbeiten] Vor- und Nachteile
Biogasanlagen sind neben Wasserkraftwerken, Solaranlagen, Biomasseheiz(-kraft-)werken und Windkraftanlagen wichtige Erzeuger von Strom und Wärme aus erneuerbaren Energien. Jedoch haben sie je nach Substrattyp und Anlagenbauweise zum Teil auch einige Nachteile. Hier eine Aufstellung möglicher Vor- und Nachteile:
[Bearbeiten] Vorteile
- Nutzung von erneuerbaren, nachwachsenden, örtlich verfügbaren Rohstoffen
- mögliche Nutzung bisher wirtschaftlich ungenutzter Pflanzen(teile), wie Zwischenfrüchte und Kleegras (Biolandbau)
- CO2-ausstoß ist fast neutral, da man den Anbau- und Erntevorgang mit berücksichtigen muss.
- Dezentrale Versorgung - entbehrt Überlandleitungen über große Entfernungen
- Steuerbare Leistung - Anpassung an den Bedarf
- Grundlastfähig / kann Regelenergie bereitstellen
- Verbesserte Düngerqualität im Gegensatz zu Rohgülle:
- - verringerte Geruchsintensität und Ätzwirkung bei der Ausbringung
- - die Pflanzen können den Nährstoffgehalt besser und schneller ausnutzen als bei Rohgülle
- Gereinigtes Methan kann als Treibstoff für diverse Fahrzeuge verwendet werden.
[Bearbeiten] Nachteile
- Hohe Kosten durch großen Investitionsaufwand - der sich jedoch bei Nutzung geeigneter, stofflich ausgewogen zusammengesetzter Substratpflanzen durch stark vereinfachten Aufbau der Anlagen erheblich senken lässt.
- Bei Vergärung von proteinhaltigen Stoffen bei fehlender (z.B. biologischer) Entschwefelung mögliche Geruchsbelästigung durch Schwefelverbindungen, Schwefelwasserstoff ist hochgiftig.
- Methan hat einen 23-mal so hohen gewichtsbezogenen Treibhauseffekt wie Kohlendioxid; daher sind nur gasdichte Anlagen klimafreundlich.
- Für die Ausbringung des Endsubstrates müssen genügend Flächen zur Verfügung stehen. Im Biolandbau ist dies stets der Fall, da das Endsubstrat nur die Restbestandteile der auf der entsprechenden Fläche entstandenen Biosubstrate enthält.
- Im Fall von Gülle als Substrat: In den Wintermonaten darf keine Gülle ausgebracht werden, für diese Zeit muss die Gülle gelagert werden (das gleiche gilt aber auch für unvergorene Gülle).
- Es muss verhindert werden, dass Gülle von Tieren, die mit Antibiotika behandelt worden sind, in zu hoher Konzentration in den Faulbehälter gelangt.
- Der gezielte Anbau von Energiepflanzen kann ökologische Probleme nach sich ziehen (Monokulturen, intensive Landwirtschaft). Insbesondere die Erhöhung des Maisanbaus im Zuge des Baus von Biogasanlagen führt zu weiteren ökologischen Belastungen durch die Landwirtschaft (Boden-, Grundwasserbelastung, Artenrückgang). Erfahrungsgemäß werden für eine 500 Kilowattanlage etwa 300 ha Silagemaisanbaufläche benötigt.
[Bearbeiten] Vergütung in Deutschland
In Deutschland wird das Einspeisen von elektrischem Strom in das Stromnetz durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz geregelt. Energieversorger müssen den Strom aus dem BHKW zu definierten Preisen abnehmen, können diese Kosten aber an den Endkunden weiterreichen. Die Preise in €-ct/kWh sind in der unten stehenden Tabelle aufgeführt. [1] Wenn das Biogas nur thermisch verwertet oder gereinigt, verdichtet und in ein (Erd-)Gasnetz eingespeist wird, erhält der Biogasanlagenbetreiber keine EEG-Vergütung.
| €-ct/kWh | Grundvergütung (2005) | NawaRo-Bonus | KWK-Bonus | Technologiebonus |
|---|---|---|---|---|
| bis 150 kW | 11,5 | 6 | 2 | 2 |
| bis 500 kW | 9,9 | 6 | 2 | 2 |
| bis 5 MW | 8,9 | 4 | 2 | 2 |
| größer | 8,4 | 0 | 2 | 0 |
Dabei wird die Grundvergütung für Strom aus Neuanlagen jedes Jahr um 1,5 % abgesenkt, bleibt aber ab Anlagenbau für 20 Jahre konstant, wenn die Anlage bis dahin nicht so modifiziert wird, dass sie als Neuanlage zählt.
Der NawaRo-Bonus kann - trotz seines Namens - auch bei der Verwendung von Gülle gewährt werden. Die Biogasanlage darf nur nicht mit Abfällen betrieben werden.
Der KWK-Bonus richtet sich nach der Stromkennzahl (SKZ). Diese berechnet sich nach dem Verhältnis des elektrischen zu thermischen Wirkungsgrades des Blockheizkraftwerkes oder genauer: aus dem Verhältnis der verkauften Wärme zum verkauften Strom. Wenn eine Biogasanlage 50 % der anfallenden Wärme verkaufen kann, können 50 % des produzierten Stromes mit dem KWK-Bonus vergütet werden.
Der Technologiebonus wird bei Verwendung von neuartigen Technologien in der Biogasanlage gewährt. Diese können z.B. die Verwendung eines Stirlingmotors, einer ORC-Turbine zur besseren Wärmenutzung, des Kalina-Prozesses, einer Brennstoffzelle, einer Gasturbine oder einer Hochlast-Trockenfermentation sein. Speziell NawaRo-Anlagen nehmen diesen letzten Grund fast immer in Anspruch - oftmals auch unberechtigt.
Die von vielen Biogasanlagenbauern und -betreibern dringend erwartete Novellierung des EEG wurde auf den 1. Januar 2009 verschoben. Der genaue Wortlaut der Novellierung steht noch nicht fest, man geht aber davon aus, dass der KWK-Bonus erhöht und die Grundvergütung abgesenkt werden wird. [2]
[Bearbeiten] Gefahren
Bei falscher Bedienung der Biogasanlage, bei Konstruktionsfehlern oder Materialschäden besteht die Gefahr der Verpuffung. Dies geschah am 16. Dezember 2007 bei einer Biogasanlage in Riedlingen aus noch unbekannten Gründen. Die Verpuffung war so extrem, dass sie einer Explosion ähnelte. Dabei zerbarst der 22 Meter hohe Tank (Fermenter). Es wurden Teile der Anlage mehrere hundert Meter weit geschleudert und 1 Million Liter Jauche liefen aus. Zwei weitere schwere Unfälle mit Biogasanlagen ereigneten sich 2007: Im niedersächsischen Deiderode explodierte eine Anlage mit ungeheurer Wucht, am 14. Juni 2007 wurde das Silo einer Biogasanlage der Siedlung Binsheim (Gemeinde Walzbachtal / Landkreis Karlsruhe) durch eine heftige Explosion zerstört, wobei zwei Menschen schwer verletzt wurden. In Riedlingen entstand durch die Zertrümmerung der Anlage und austretende Gülle ein Sachschaden von ca. einer Million Euro [3].
[Bearbeiten] Literatur
- Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR): Handreichung Biogasgewinnung und -nutzung, ISBN 3-00-014333-5
- Umfassendes, aktuelles 233-Seiten Literaturwerk zum Thema Biogas und (landwirtschaftliche) Biogasanlagen. Die Handreichung kann kostenlos von der FNR bezogen werden.
- Bayerisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz (StMUGV): Biogas Handbuch Bayern. München, 15. November 2004.
- Die kostenlose Broschüre (50 Seiten) enthält Grundlagen und Techniken zur Biogasgewinnung sowie Informationen zu Genehmigungsverfahren. Kurzfassung Langfassung
[Bearbeiten] Weblinks
- www.fnr-server.de - Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), viel kostenloses Material/Literatur zu Biogas
- www.biogas.org - Der Deutsche Fachverband Biogas e.V.
- www.bioenergiedorf.info - Anwendungsbeispiel einer Biogasanlage: Im Bioenergiedorf wird mit einer Biogasanlage ein ganzes Dorf mit Strom und Wärme versorgt.
- Biomasse-Verein Freiberg/Sachsen Landwirtschaftliche Biogasanlagen - Anlagenbeispiele und ausgewählte Leistungskennzahlen
- www.biogas-netzeinspeisung.at - Biogas-Netzeinspeisung: technische, rechtliche und wirtschaftliche Informationen
- Eine kleine Biogasanlage in den Philippinen
- Wie funktioniert eine Biogasanlage?
- Biogasanlagen: Geschichte, Entstehungsphasen, Technik, Milieu
